На правах рукописи

Федоров Дмитрий Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМА

ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВС ДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Волгоград – 2014

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель Гребенников Александр Сергеевич, профессор кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство», доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Загородских Борис Павлович, профессор кафедры «Технология машиностроения и конструкционных материалов»

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова», доктор технических наук, профессор;

Сергеев Александр Павлович, заведующий кафедрой «Тракторы, автомобили и теплотехника» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства».

Защита состоится 2014 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект им. В.И. Ленина, 28, ауд.

209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета и на сайте www.vstu.ru по ссылке http://www.vstu.ru/nauka/dissertatsionnye-sovety/d-21202803.html.

Автореферат разослан « » _2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Ляшенко Михаил Вольфредович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В отрасли автомобильного транспорта актуальными считаются решения научных и практических задач, направленных на повышение эффективности эксплуатации двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в том числе работающих на альтернативных видах топлива, снижение затрат на их техническое обслуживание (ТО) и ремонт за счет совершенствования методов и средств их диагностирования.

Анализ известных способов диагностирования механизма газораспределения (МГР) показал, что у них недостаточная точность, некоторые из них трудоёмки, требуют частичной разборки ДВС и не являются универсальными по принципу действия применительно к другим элементам двигателя.

Перспективным к совершенствованию является способ диагностирования МГР, основанный на динамическом методе испытания ДВС, предусматривающий анализ показателей внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала (ВИУСКВ) при прокручивании коленчатого вала декомпрессированного двигателя стартером. Основные его недостатки: существенная погрешность определения значений диагностических параметров из-за повышенных частот и амплитуд колебаний угловой скорости коленчатого вала, вызванных динамическим взаимодействием зубьев шестерни стартера с зубьями венца маховика ДВС при его прокручивании; включает операции частичной разборки привода МГР. В связи с этим разработка более достоверного способа диагностирования технического состояния МГР динамическим методом является актуальной задачей.

Исследование выполнено в соответствии с программой НИР Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. на 2012–2014 гг. по фундаментальному направлению «Научные основы формирования автосервисных потребностей по изменению технического состояния элементов автомобиля на различных этапах жизненного цикла» (СГТУ- 16, № госрегистрации – 01201252754) в части разработки динамических методов диагностирования элементов «ДВС - трансмиссия».

Степень разработанности темы исследования. Исследования в области расширения возможностей использования динамического метода, основанного на принципе Даламбера (авт. св-во СССР №243999, СибИМЭ), для диагностирования элементов системы «ДВС-трансмиссия» ведутся в научных и образовательных учреждениях ГОСНИТИ, СибФТИ, СибИМЭ, МАДИ, НГАУ, ПГСХА, ПГУАС, С-ПбГАУ, ряде зарубежных стран. Ими разработаны способы и средства испытания, диагностирования ДВС для многих его систем и механизмов, однако работ по МГР автором не выявлено.

Цель работы - повышение точности и оперативности способа диагностирования элементов МГР ДВС динамическим методом за счет использования новых режимов его осуществления.

Задачи исследования:

- по результатам статистических данных определить зависимости износа основных элементов МГР от пробега для двигателей одного типа при работе на традиционном нефтяном топливе (бензине) и газомоторном;

- теоретически обосновать способы:

общего диагностирования технического состояния МГР ДВС по показателям ВИУСКВ при работе двигателя на холостом ходу с отключенным одним цилиндром и поэлементного диагностирования МГР при работе ДВС на одном цилиндре с декомпрессированными остальными;

- разработать устройство, режимы, нормативы для реализации предложенного способа диагностирования МГР и определить его метрологические характеристики;

- оценить экономическую эффективность результатов исследования.

Научная новизна состоит в теоретическом обосновании причинно – следственных связей технического состояния элементов МГР с показателями ВИУСКВ при работе ДВС на холостом ходу в режиме частичного выбега с отключенным одним цилиндром и при работе на одном цилиндре с декомпрессированными остальными.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии теоретических положений и математических моделей оценки технического состояния элементов и механизмов ДВС при его работе в режиме частичного выбега с частью отключенных или декомпрессированных цилиндров.

Практическая значимость работы состоит: в разработке устройства, нормативов и алгоритма диагностирования МГР ДВС по показателям ВИУСКВ; рекомендаций по корректированию периодичности диагностирования МГР бензиновых двигателей, переоборудованных под использование газомоторного топлива.

Методы исследования. Аналитические исследования выполнены с использованием теорий надежности и диагностики автомобилей, основных положений динамики ДВС, теоретической механики, математической статистики и моделирования. Эксплуатационные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях с использованием общепринятых методик, оборудования, а также разработанных автором или с его участием.

Положения, выносимые на защиту:

- зависимости и показатели неравномерности износа элементов МГР в процессе эксплуатации при работе ДВС на бензине и газомоторном топливе;

- теоретическое обоснование способов общего и поэлементного диагностирования технического состояния МГР по показателям ВИУСКВ при работе двигателя на холостом ходу с отключенным одним цилиндром и режиме работы ДВС на одном цилиндре при декомпрессированных остальных;

- результаты экспериментальных исследований взаимосвязи ВИУСКВ и технического состояния элементов МГР при работе двигателя на холостом ходу: с отключенным одним цилиндром; на одном цилиндре при декомпрессированных остальных;

- устройство, режимы, нормативы диагностирования МГР, реализующие предложенный способ, и его метрологические характеристики;

- технико-экономическая оценка результатов исследования.

Достоверность научных положений работы обусловлена использованием фундаментальной теории динамики ДВС, обоснованностью принятых допущений при разработке расчетных моделей, высокой сходимостью полученных экспериментальных результатов с аналитическими исследованиями и сравнительным анализом их с данными других авторов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и одобрены на международных: НПК «Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности» (Саратов, СГТУ, 2011);

МНПК «Информационные технологии, системы и приборы в АПК» (Новосибирск, ГНУ СибФТИ, 2012); 70, 71 и 72 МНМиНИК «Проблемы технической эксплуатации и автосервиса подвижного состава автомобильного транспорта» (МАДИ(ТУ) 2012…2014); VII МНТК «Проблемы качества и эксплуатации АТС» (Пенза, ПГУАС, 2012); МНПК «Прогрессивные методы обеспечения работоспособности транспортно-технологических средств, организации автотранспортных услуг и дизайна современных автомобилей» (СГТУ, 2013); ежегодном межгосударственном научно-техническом семинаре им.

Михайлова В.В. «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, СГАУ, 2011…2013); VI Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (СГАУ, 2011); 49-я НТК ВолгГТУ (Волгоград, 2011); НТК СГТУ (Саратов, 2010…2013).

Работа в целом заслушивалась на заседаниях кафедр «Автомобили и автомобильное хозяйство» и «Автомобили и двигатели» СГТУ, 2014 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 5 статей в изданиях ВАК; получено 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Содержит 145 страниц текста, 7 таблиц и 55 рисунков. Библиографический список включает 147 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и цель исследования, приведены ее краткая характеристика, научная новизна, практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту, и результаты апробации.

В первой главе рассмотрены закономерности изменения технического состояния сопряжений МГР ДВС, причины неравномерного износа одноименных его элементов, проведен анализ способов и средств диагностирования МГР ДВС, обоснована необходимость совершенствования динамического метода диагностирования МГР, поставлены цель и задачи исследования.

Отмечено, что изменение технического состояния элементов МГР при работе ДВС на традиционном топливе и газовых смесях по интенсивности изнашивания клапанных сопряжений различаются. Износ деталей МГР в процессе эксплуатации двигателя ухудшает мощностные, экономические и экологические показатели его работы. Статистика свидетельствуют о значимой неравномерности износа профилей кулачков распределительного вала (РВ) и изменении фаз газораспределения в процессе эксплуатации, что затрудняет планирование профилактических работ по предупреждению отказов и неисправностей МГР в рамках планово-предупредительной системы ТО и ремонта. Необходимы разработки более точных методов и средств диагностирования элементов МГР, способных определить неравномерность их состояний.

Решению теоретических и практических задач технической диагностики на автомобильном транспорте посвящены работы ученых Авдонькина Ф.Н., Альта В.В., Аринина И.Н., Болдина А.П., Васильева А.В., Гребенникова А.С., Григорьева Е.А., Гурвича И.Б., Говорущенко Н.Я., Змановского В.А., Добролюбова И.П., Ждановского Н.С., Корчемного Л.В., Кузнецова.Е.С., Левина М.И., Лившица В.М., Михлина В.М., Мороза С.М., Мирошникова Л.В., Николаенко А.В., Отставнова А.А., Родионова Ю.В., Савченко О.Ф., Пинского Ф.И., Подкопаева.С.В., Тимохина С.В., Уханова А.П., Харазова А.М., Федотова А.И., Фламиша О., Akiba K., Assanis D.N., Polishak M., Mauer G. F., Tounsi M., Toshikazu J., Hideki O. и других. Результаты их деятельности отражены в современных подходах к развитию диагностики, методам управления технической эксплуатацией автомобилей.

Системный анализ состояния вопроса с учетом сравнения показателей информативности, оперативности и относительной стоимости известных способов и средств диагностирования МГР ДВС показал недостаточную их эффективность при оценке технического состояния кулачков РВ и нарушенных фаз газораспределения.

На основе анализа, включающего патентный поиск, отмечена перспективность совершенствования способа поэлементного диагностирования МГР ДВС по показателям ВИУСКВ при прокручивании декомпрессированного двигателя стартером (пат. РФ № 2386941, СГТУ). Этому способу присущи следующие недостатки. Во-первых, составляющая механических потерь на привод МГР определяется по разности значений моментов механических потерь ДВС, полученных с работой привода МГР, а затем – с отключенным.

Для некоторых двигателей отключение привода МГР представляет определённую сложность и включает операции частичной разборки ДВС. Вовторых, из-за повышенных частот и амплитуд колебаний ВИУСКВ, вызванных динамическим взаимодействием зубьев шестерни стартера с зубьями венца маховика при прокручивании ДВС и изменяющимся их техническим состоянием в процессе эксплуатации, возникают погрешности определения значений диагностических параметров.

В предлагаемом способе достижение поставленной цели - повышение оперативности диагностирования элементов МГР ДВС осуществлено исключением операции отключения привода, а повышение его точности - использованием режима работы двигателя на одном цилиндре с декомпрессированными остальными. В результате естественного вращения КВ при частичном выбеге измеренные значения ВИУСКВ имеют меньшую в 1,6…2 раза амплитуду колебаний, по которым точнее определяются диагностические параметры, характеризующие техническое состояние элементов МГР.

Во второй главе теоретически обоснованы способы общего и поэлементного диагностирования МГР ДВС по показателям ВИУСКВ.

Теоретической основой выбора в качестве диагностических параметров технического состояния одноименных звеньев МГР показателей ВИУСКВ служит её зависимость от момента сопротивления МiМГР на последовательное прокручивание различных звеньев клапанного механизма в пределах кинематического цикла ДВС (двух оборотов КВ или одного на РВ). С учетом «углов перекрытия» клапаны конкретных цилиндров полностью открываются только на двух тактах - впуске и выпуске. На большей части угла поворота коленчатого вала (п.к.в), относящихся к периодам осуществления тактов расширения или сжатия, они закрыты. Для 4- цилиндровых ДВС в каждом угловом интервале п.к.в, равном, осуществляются одновременно такты выпуска и впуска в двух различных цилиндрах, в которых соответствующие клапаны открываются, преодолевая усилия клапанных пружин. Следовательно, значения моментов механических потерь ММГР, затрачиваемых на привод МГР в этих интервалах углов п.к.в., формируются силами сопротивления от работы звеньев двух конкретных открываемых клапанных механизмов и отражают их техническое состояние в суммарном моменте механических потерь M C ДВС.

Поскольку неисправности МГР могут быть связаны с нарушенной герметичностью надпоршневого пространства цилиндров ДВС, изначально определяют значения компрессии в цилиндрах любым известным способом, в том числе, например, по показателям ВИУСКВ в соответствии с авт. свидетельством №1267199 (СГТУ).

Если компрессионные свойства одинаковые, то об общем техническом состоянии МГР судят по неравномерности значений мощности механических потерь (Nмех) в соответствии со способом, защищенным патентом РФ №2454643. Способ предусматривает тестовое воздействие на двигатель, заключающееся в кратковременном отключении одного цилиндра из работы, которое необходимо, во-первых, чтобы на измеряемое значение Nмех не влияла присущая ДВС неравномерность рабочих процессов в цилиндрах; вовторых, для повышения удельного веса мощности, затрачиваемой на привод работающих в этот период звеньев МГР.

В отсутствие воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре на интервале угла п.к.в., соответствующем такту расширения (на рис.1 – в отключенном IV цилиндре), КВ осуществляет «выбег». При этом запасенная кинетическая энергия от приведенного момента инерции J вращающихся и возвратно-поступательно движущихся масс двигателя расходуется на преодоление механических потерь где - замедление угловой скорости коленчатого вала;

средней угловой скорости п.к.в., в котором определено ускорение.

Выбранный тестовый режим частичного выбега с отключенным одним цилиндром позволяет повысить точность регистрации Nмех потерь по значениям ВИУСКВ на угловом интервале …3 (рис. 1). Этот интервал соответствует окончанию такта расширения в работающем II и отсутствию рабочего процесса в отключенном IV цилиндрах. Значение мощности механических потерь ДВС при этом будет определяться в соответствии (1)

II IV II IV

где II-IV – значение средней угловой скорости КВ в интервале …3; IIMAX, нIII – значения начальной и конечной угловых скоростей участка выбега КВ в угловом интервале …3 ; II-IV – время, соответствующее углу поворота КВ …3 (от нII до нIII).

отдельных звеньев МГР. При отрицательном диагнозе осуществРис. 1 Зависимость угловой скорости от угла п.к.в. ляют поэлементное диагностиропри работе двигателя 4Ч 9,2/9,2 на режиме холостого вание МГР способом, защищенхода со средней угловой скоростью = 84,30 рад/с; с ным патентом РФ на изобретение отключенным четвертым цилиндром: I, II, IV и III - уг- №2458330, суть которого следуюловые интервалы п.к.в., соответствующие тактам расшищая.

рения.

При работе двигателя на одном цилиндре с декомпрессированными остальными (отсутствии свеч зажигания или форсунок) позволило устранить действие компрессионных сил и насосных потерь в декомпрессированных цилиндрах и повысить долю составляющих момента ММГР от действия сил трения в звеньях МГР в суммарном моменте механических потерь Mс= M мех ДВС. В этих условиях переменный по углу поворота КВ момент механических потерь M мех определяется составляющими (рис. 2) где M Т – момент от действия сил трения в подшипниках коленчатого вала и приводах вспомогательных механизмов; M ЦПГ – момент от сил трения в сопряжениях ЦПГ; M МГР – момент, затрачиваемый на привод МГР; M П – момент от возвратно-поступательно движущихся масс ДВС.

Рис. 2. Изменение суммарного момента M C и уг- на указанных режимах работы ловой скорости по углу поворота КВ 4- ДВС.

цилиндрового ДВС при выбеге декомпрессиро- Выполненный на примере ванным цилиндром с исправным (—) и нарушенным (– –) техническом состоянии МГР: I, II – но- двигателя ЗМЗ 4Ч 9,2/9,2 анализ мера цилиндров по порядку их работы абсолютных значений и внутрицикловых изменений отдельных составляющих суммарного момента Ммех механических потерь в соответствии с зависимостью (3) для режима холостого хода ДВС (=40…70 рад/с) с декомпрессированными цилиндрами (рис. 2), показал:

численное значение переменного момента от сил инерции возвратнопоступательно движущихся деталей четырёхтактных 4 цилиндровых рядных ДВС где m - масса возвратно-поступательно движущихся частей; R- радиус кривошипа; = R/l - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, при известной доле переменного момента в суммарном моменте J инерции, не превышающей 3%, по углу поворота КВ изменяется в незначительных пределах - от 0 до ± 5 Н·м по синусоидальной зависимости. В процессе эксплуатации ДВС максимальное и минимальное значения момента МП и их фазовые положения по углу поворота КВ относительно ВМТ остаются неизменными, так как износ сопряжений возвратно-поступательно движущихся масс пренебрежимо мал;

момент МТ от действия сил трения в подшипниках КВ и на привод вспомогательных механизмов и систем ДВС ( 25 % от Ммех) считается практически постоянной величиной по углу поворота КВ, не оказывающей влияния на внутрицикловые изменения амплитуд и фазовых положений экстремумов суммарного момента Ммех ;

переменное значение МЦПГ от сил трения в сопряжениях ЦПГ где РЦПГ – сила трения в сопряжениях ЦПГ; = R/l – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, имеет постоянное, не зависящее от технического состояния ЦПГ фазовое положение экстремальных его значений по углу поворота коленчатого вала. Изменения момента МЦПГ идентичны относительно ВМТ поршней всех цилиндров и по амплитуде его колебаний. В процессе эксплуатации ДВС из-за износа сопряжений ЦПГ амплитуда колебаний момента МЦПГ может незначительно снижаться (не более 5 % относительно номинальных значений);

величина нормальных усилий на профиль каждого кулачка распределительного вала от действия сил упругости клапанных пружин (без учета сил трения) в зависимости от угла поворота КВ составляет 400…1015 Н, а значение крутящего момента, затрачиваемого на привод МГР где РПР – усилие на профиль кулачка от действия сил упругости клапанных пружин; r0 – начальный радиус профиля кулачка; hT – текущее значение подъема толкателя; – угол контакта между кулачком и толкателем относительно оси РВ, периодически изменяется от –7 до +7 Н·м (при открытии клапана энергия потребляется, а при закрытии – возвращается). Поскольку в каждый угловой период, соответствующий осуществлению такта расширения в каком-либо декомпрессированном цилиндре при закрытых клапанах, одновременно осуществляется открытие впускного и выпускного клапанов, принадлежащих другим цилиндрам, текущее значение момента ММГР определяется суммой набегающих моментов на данных кулачках РВ, которые с учетом сил трения в кулачковых парах образуют на КВ перепады значений суммарного момента Ммех ДВС не менее 30 Н·м. Для сравнения укажем, что по экспериментальным данным НАМИ в шестицилиндровых двигателях такой же размерности изменения момента Ммех от действия набегающего момента ММГР на кулачках РВ достигают значений 70 Н·м, то есть периодическое изменение момента Ммех от взаимодействия одного кулачка РВ с толкателем составляет более 23 Н·м (от –11,5 до +11,5 Н·м). Суммарный износ в 1 мм сопряжений одного звена МГР уменьшает значение набегающего момента ММГР на 10%.

Приведенные данные позволяют сделать следующие выводы:

значение затрачиваемого на привод МГР момента ММГР по сравнению с другими составляющими МП, МТ, МЦПГ (2) на 65…70 % определяет суммарное мгновенное значение механических потерь, формирующих амплитуду переменного момента Ммех на коленчатом валу ДВС с декомпрессированными цилиндрами, и на 100 % – фазовые сдвиги экстремумов момента Ммех;

учитывая, что 90 % механических потерь от значения момента ММГР приходится на потери от действия сил трения в кулачковых парах, показатели изменения момента Ммех двигателя по углу поворота КВ характеризуют индивидуальные значения износа кулачков в отдельных звеньях МГР – пар впускных и выпускных клапанов, работающих в соответствии с порядком работы цилиндров.

Таким образом, любые отклонения технического состояния элементов МГР от нормативных их значений при выбеге КВ двигателя с декомпрессированными цилиндрами (на рис. 2 показаны пунктирными линиями) приводят к адекватному изменению амплитуд колебаний AМ С момента M C на величину M C и фазовому сдвигу экстремальных его значений Мс max и Мс min в интервалах угла КВ, относящихся к неисправным клапанным звеньям МГР.

Поскольку непосредственное измерение значений момента M C на КВ ДВС оперативными методами затруднено, на практике предлагаемый способ диагностирования значительно точнее реализуется с помощью электронных средств измерения угловой скорости, так как изменения момента M C по углу взаимосвязаны с ВИУСКВ (рис. 2) уравнением динамики ДВС ный момент от возвратно-поступательно движущихся масс ДВС не зависит от технического состояния МГР и при малых частотах вращения КВ составляет незначительную величину относительно первого, независимого от угла поворота, функциональная связь между суммарным моментом Ммех и ускорением по углу КВ представляется линейной зависимостью Вид зависимости (8) означает, что о техническом состоянии МГР можно судить по показателям амплитуд и фаз экстремумов угловых ускорений КВ в последовательных угловых интервалах его поворота, соответствующих тактам расширения в декомпрессированных цилиндрах.

В третьей главе изложены программа, оборудование, методики определения необходимой точности измерений ВИУСКВ разрабатываемых средств экспериментальных исследований способа диагностирования МГР ДВС. Приведено описание и конструктивные особенности испытательного стенда с двигателем ЗМЗ 4Ч 9,2/9,2. Программа исследований включает: сбор статистических данных износа элементов МГР в процессе эксплуатации при работе ДВС на бензине и газомоторном топливе; выбор конструктивных параметров устройства и датчика регистрации ВИУСКВ, реализующего предлагаемый способ диагностирования МГР; определение зависимости показателей ВИУСКВ при работе двигателя на одном цилиндре с декомпрессированными остальными при технически исправном МГР, при изменённых структурных параметрах сопряжений привода клапанов МГР и с нарушенными значениями фаз газораспределения; метрологическую оценку способа диагностирования МГР.

Измерение ВИУСКВ осуществляли модернизированным электронным цифровым устройством диагностирования двигателя (УДД), созданного на базе изобретения по а.с. №515955 с преобразователем угловых перемещений КВ ВЕ-178А, которое позволяет регистрировать диаграммы мгновенных угловых скоростей i через угловые интервалы = 0,35…0,7°п.к.в. Погрешность измерения мгновенных значений i, устройством УДД, оценку стационарности и стабильности значений i в режиме частичного выбега ДВС с неизменным техническим состоянием МГР определяли по известной методике:

стационарность оценивалась по многовыборочному критерию Кокрена; стабильность – коэффициентом вариации одноименных значений i по соответствующему ей углу i и отношением дисперсий всей совокупности значений за 3 и 5 экспериментов к средней дисперсии значений i на конкретных скоростных режимах частичного выбега ДВС.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, предусмотренных программой, определены режимы диагностирования МГР и нормативные значения диагностических параметров.

По результатам обработки данных микрометрирования износа элементов МГР двигателей ЗМЗ-4062.10, - 405.2 - 4Ч 9,2/9,2, работающих на бензине, сжиженном нефтяном (СУГ) и компримированном природном (КПГ) газах, и, работающих только на бензине ВАЗ - 4Ч 7,6/8,0 и 4Ч 8,2/7,1, а также Ford Focus - Duratec 8V1,6l - 4Ч 7,9/8,14 и Zetec-E 16V1,8l - 4Ч 80,6/8,8, установлены экспоненциальные зависимости износа сопряжений седло – клапан, втулка – толкатель и профиля кулачков РВ (по высоте) на значительном этапе эксплуатации (до L =100…150 тыс. км) где S – текущее значение износа профиля кулачка; S0 – значение износа кулачка после этапа приработки (5…10 тыс. км); b – коэффициент интенсификации изнашивания. Для всех двигателей характерна неравномерность износа одноименных элементов и более интенсивное их изнашивание в звеньях выпускных клапанов (рис. 3).

Отмечено, что в двигателях ЗМЗ-4062.10, -405.2, работающих на СУГ, по сравнению с бензиновыми из-за повышенного теплового режима в камере сгорания и «сухости» газа на 10…20% и более интенсивно изнашиваются сопряжения седло - тарелка клапанов и направляющие втулки стержней клапанов. Они приобретают заметную овальность в поперечном сечении к оси двигателя, что приводит к снятию головки, восстановлению правильной геометрии седел клапанов и замене клапанов на пробеге 150…200 тыс. км.

стержней толкателей выпускных клапанов МГР стом ходу с одним отключенным циZetec-E 16V1,8l после пробега 85 тыс. км: 1…4 – линдром и средней угловой скорономера цилиндров режиме охлаждающей жидкости и моторного масла tв = tм = 90 5оС нормативное значение мощности механических потерь Nмех = 3,10 0,30 кВт. Для режима работы ДВС (рис. 1) значение При последовательных отключениях цилиндров допустимые отличия Nмехi диагностируемого ДВС не должны превышать 30 Вт. При повышенной неравномерности Nмехi осуществляют поэлементное диагностирование МГР.

Типичная диаграмма ВИУСКВ ( = 50,7 рад/с) с технически исправным МГР двигателя 4Ч 9,2/9,2, работающим на одном, первом (I) по порядку работы цилиндре, с декомпрессированными остальными (II, IV и III) приведена на рис. 4. Информативными интервалами угла п.к.в являются …3, в которых показатели ВИУСКВ и определенные по ним значения диагностических параметров МГР - амплитуды и фазы экстремумов углового ускорения КВ - максимально отражают изменения технического состояния МГР.

На рис. 5 показана зависимость ускорения КВ от в угловом интервале …2, соответствующая зависимости = f() при осуществлении такта расширения в декомпрессированном II цилиндре и диагностические параметры работающих на этом периоде звеньев МГР (рис. 4).

ДВС (4Ч 9,2/9,2), работающим на одном (I) цилиндре Рис. 5. Изменение углового ускорения КВ по углу его поворота в интервале …2: 1, 2 – соответственно зависимости за рамки нормативных f по экспериментальным данным и аппроксимирующая их значений.

Выполненный метрологический анализ показал, что абсолютная погрешность определения основного диагностического параметра - фазовых положений экстремумов ВИУСКВ, по которым оценивается фазовое положение распределительного вала, находится в пределах ± 0,70°, что на 60% точнее, чем у способа – прототипа.

В пятой главе приведены алгоритм диагностирования МГР в рамках технологии поэлементного диагностирования ДВС динамическим методом, а также экономическая оценка результатов исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе выполненного исследования решена научно-практическая задача повышения эффективности эксплуатации ДВС путем теоретического и экспериментального обоснования и практической реализации нового способа диагностирования МГР ДВС динамическим методом. По сравнению с известным способом - прототипом он более точен и оперативен.

2. Теоретически обоснованы способы общего диагностирования технического состояния МГР ДВС по показателям ВИУСКВ при работе двигателя на холостом ходу с отключенным одним цилиндром и поэлементного диагностирования МГР при работе ДВС на одном цилиндре с декомпрессированными остальными.

3. Разработаны устройство, режимы, нормативы и алгоритм реализации предложенного способа диагностирования МГР для двигателей 4Ч 9,2/9,2. При тепловом режиме двигателя tв = 90 5оС и работе на одном цилиндре с декомпрессированными остальными со средней угловой скоростью = 85±1,0 рад/с, нормативными диагностическими параметрами ВИУСКВ в угловых периодах, соответствующих осуществлению тактов расширения в декомпрессированных цилиндрах, являются: по амплитуде изменения углового ускорения между экстремальными их значениями A ном = 205 15 рад/ с2; по фазовым положениям экстремумов: минимального значения углового ускорения min ном = 64,0 2,00, максимального значения ускорения max ном = 162,0 2,00.

4. Метрологический анализ разработанного способа определения технического состояния элементов МГР показал, что абсолютная погрешность основного диагностического параметра, определяющего значение начального угла положения распределительного вала - находится в пределах ± 0,70°, что на 60% точнее, чем у способа – прототипа.

5. Определены параметры экспоненциальной зависимости износа и неравномерности изнашивания одноименных элементов МГР в процессе эксплуатации для двигателей одного типа, работающих на бензине, и переоборудованных на использование газомоторного топлива. Отмечено, что в ДВС, работающих на сжиженном нефтяном газе, на 10…20% интенсивнее изнашиваются сопряжения седло - тарелка клапанов и стержень клапана направляющая втулка.

6. Использование рекомендаций по техническому обслуживанию МГР ДВС, работающих на газомоторном топливе, разработанного способа диагностирования МГР, трудоёмкость которого снижена на 0,1 чел.-ч по сравнению с известным, обеспечивает экономический эффект на один автомобиль «ГАЗель» с ДВС 4Ч 9,2/9,2 около 1000 руб. в год.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации В рецензируемых научных журналах из Перечня ВАК РФ 1. Федоров, Д.В. Неравномерность технического состояния элементов механизма газораспределения ДВС / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, Д.В. Федоров // Вестник СГТУ. – 2011. – №3(58). – С. 24-31.

2. Федоров, Д.В. Поэлементное диагностирование механизма газораспределения ДВС динамическим методом / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В.

Федоров // Научное обозрение. – 2012. – №3. – С. 152-159.

3. Федоров, Д.В. Диагностирование ДВС по показателям угловой скорости коленчатого вала / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, Д.В. Федоров // Известия ВолГТУ. – 2012. – №12(99). – С. 64-67.

4. Федоров, Д.В. Диагностирование механизма газораспределения ДВС динамическим методом / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Известия ВолГТУ. – 2012. – №12(99). – С. 59-63.

5. Федоров, Д.В. Особенности эксплуатации ДВС газобаллонных автомобилей / А.С.Гребенников, С.А.Гребенников, Д.В.Федоров // Вестник СГТУ. - 2013. №2(71). С.83-86.

6. Федоров, Д.В. Использование показателей внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала при адаптивном управлении работой ДВС / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Технологические и организационные проблемы сервиса машин и пути их решения: сб. науч. тр. – Саратов: СГТУ, 2010. – С. 65-71.

7. Федоров, Д.В. Системы диагностирования и адаптивного управления техническим состоянием элементов автомобиля по внутрицикловым изменениям угловой скорости вращающихся элементов / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, А.В. Никитин, М.Г.

Петров, Д.В. Федоров // Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности (МНПК "ЛЭРЭП-2-2011"): сб. науч. тр. – Саратов: СГТУ, 2011. С. 178-183.

8. Федоров, Д.В. Развитие способа диагностирования механизма газораспределения ДВС / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности (МНПК "ЛЭРЭП-2-2011"): сб. науч. тр. – Саратов: СГТУ, 2011. - С. 183-187.

9.Федоров, Д.В. Системы диагностирования и адаптивного управления техническим состоянием элементов автомобиля по внутрицикловым изменениям угловой скорости вращающихся элементов / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, А.В. Никитин, М.Г.

Петров, Д.В. Федоров //Шестой саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: сб. статей. – Саратов: СГАУ, 2011. - Ч. 1. - С. 231-232.

10. Федоров, Д.В. Концепция диагностирования элементов автомобиля динамическим методом / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, А.В. Никитин, М.Г. Петров, Д.В.

Федоров // Проблемы технической эксплуатации и автосервиса подвижного состава автомобильного транспорта: сб. науч. тр. по матер. 70-й МНМиНТК – М.: МАДИ, 2012. – С. 169-174.

11. Федоров, Д.В. Методология диагностирования элементов системы ДВС трансмиссия динамическим методом / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, Д.В. Федоров, А.В. Орлов // Проблемы технической эксплуатации и автосервиса подвижного состава автомобильного транспорта: сб. науч. тр. по матер. 72-й МНМиНТК – М.: МАДИ, 2014. – С. 83-89.

12. Федоров, Д.В. Неравномерность технического состояния элементов механизма газораспределения ДВС / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: сб.: матер. VII МНТК. – Пенза: ПГУАС, 2012. – С. 159-164.

13. Федоров, Д.В. Новый метод диагностирования механизма газораспределения ДВС / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: сб. тр. VII МНТК. – Пенза: ПГУАС, 2012. – С. 164-168.

14. Федоров, Д.В. Особенности эксплуатации ДВС газобаллонных автомобилей (ГБА) / А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, Д.В. Федоров, А.В. Орлов // Решения энерго-экологических проблем в автотранспортном комплексе: 6-е Луканинские чтения.

МНТК. – М.: МАДИ, 2013. – 131 с.

15. Федоров, Д.В. Опыт эксплуатации ДВС газобаллонных автомобилей в городских условиях / С.А. Гребенников, Д.В. Федоров // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин: сб. науч. тр.– Саратов: СГТУ, 2013.

С.76-81.

1. Пат. РФ 2458330, МПК G01М 15/00. Способ диагностирования механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания / А. С. Гребенников, С. А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров – 2012, Бюл. № 22.

2. Пат. РФ 2454643, МПК G01L 3/24. Способ определения мощности механических потерь двигателя внутреннего сгорания / А. С. Гребенников, С. А. Гребенников, Д.В. Федоров – 2012, Бюл. № 18.